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专利号: 2021101112555
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-09-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采用多储能方式消纳风电的热电联合调度方法,其特征在于:其包括以下步骤:步骤1,确定电热综合能源系统组成:

电热综合能源系统包含风电机组、常规机组、热电机组以及蓄热式电锅炉和电池储能装置;

步骤2,确定蓄热式电锅炉和电池储能装置启停控制策略;

蓄热式电锅炉启停状态和热输出分别表示为:

其中: 为t时刻蓄热式电锅炉启停状态,1代表启动,0代表停止; 为t时刻风电预测出力; 为t时刻风电预调度出力; 为t时刻蓄热式电锅炉热输出; 为t时刻蓄热式电锅炉制热功率; 为t时刻蓄热式电锅炉中的蓄热装置放热功率; 为t时刻蓄热式电锅炉用电功率;ηEB为蓄热式电锅炉电热转换效率,取95%;T为一个调度周期即24小时;

电池储能装置的充电启停状态为:

其中: 为电池储能装置充电启停状态,1代表充电,0代表不充电; 为蓄热式电锅炉最大用电功率;

电池储能装置储能值为:

其中: 为电池储能装置储能值;βEC为电池储能装置充电转换效率,取95%; 为电池储能装置用电功率;Te为强风时段小时数;

电池储能装置的放电启停状态为:

其中: 为电池储能装置放电启停状态,1代表放电,0代表不放电; 为t时刻的电网电负荷值; 为t时刻风电预调度出力; 为t时刻火电厂发电量与风电上网量之和,即:其中: 分别为常规机组i和热电机组j在t时刻的电出力; 为t时刻风电功率;NG,NR分别为常规机组和热电机组个数; 为电池储能装置放电功率;

电池储能装置放能值为:

其中: 为电池储能装置放能值;χEC为电池储能装置放电转换效率,取95%; 为电池储能装置放电功率;

步骤3,建立火电机组不同调峰阶段能耗约束模型;

(1)煤耗约束

1)常规机组煤耗约束:

其中:f1为常规机组煤耗约束; 为常规机组i在t时刻的调度电出力;ai,bi,ci为常规机组i的煤耗约束系数;

2)热电机组煤耗约束:

其中:f2为热电机组煤耗约束; 为热电机组j在t时刻纯凝工况下的发电功率; 为热电机组j在t时刻的调度电出力; 为热电机组j在t时刻的调度热出力;γR为热电机组的热电比;aj,bj,cj为热电机组j的煤耗约束系数;

(2)机组损耗约束

变负荷调峰下的火电机组在发电功率P下的机组损耗约束:其中:Nt(P)为火电机组在发电功率P下的转子致裂循环周次;ζ为火电厂实际运行损耗系数;Sunit为火电机组的初始设备费用值,Ccost(P)为火电机组在发电功率P下的机组损耗约束;

(3)投油油耗约束

Coil=ocostpoil                                          (12)其中:ocost为机组投油稳燃时的油耗量;poil为燃油的定量;

(4)环境约束

其中:Ne为污染物排放种类数;λe,k为第k种污染物的单位惩罚系数;Gk为第k种污染物的排放量; 第k种污染物的污染当量值,P为火电机组的发电功率;

即火电机组调峰能耗约束为F(P):

其中:NG为常规机组数量;NR为热电机组数量;Pa为火电机组常规调峰阶段最小电出力功率;Pb为火电机组不投油深度调峰阶段最小电出力功率;Pc为火电机组投油深度调峰阶段最小电出力功率;Pmax为火电机组最大电出力功率;

步骤4,确定调峰调度下热电机组、常规机组、风电机组参与调度的整体目标和约束条件,获得热电联合调度模型;

步骤4‑1,确定目标函数

电热综合能源系统的目标函数以调度周期内整体综合目标最大表示,即:φ=max(S‑C)                           (15)其中:φ为电热综合能源系统整体综合目标;S为调度周期内目标;C为调度周期内约束;

(1)调度周期内的目标

1)火电机组目标

调度周期内火电机组的目标包括热电机组调度电能、热能的目标、常规机组调度电能的目标和调峰权目标,即:其中:S1为调度周期内火电机组的目标,pG为火电机组上网的定量;ph为供热的定量;pS为调峰调度的定量;SK为调峰调度的容量; 为热电机组j在t时刻的调度电出力; 为热电机组j在t时刻的调度热出力; 为常规机组i在t时刻的调度电出力;

2)风电机组目标

蓄热式电锅炉与电池储能装置消纳的电量是弃风电量,现将二者与风电作为一个整体实现联合运行,共同参与调度,调度周期内的风电机组目标包括风电机组调度电能目标、调峰的目标,蓄热式电锅炉供热目标和电池储能装置调度电能的目标,即:其中:S2为调度周期内风电机组目标;pW为风电上网的定量, 为t时刻风电功率;

为t时刻蓄热式电锅炉热输出; 为电池储能装置放电功率;

综上,调度周期内的目标为:

S=S1+S2                                         (18)(2)调度周期内的约束

调度周期内的约束包括火电机组的能耗约束和调峰约束、风电机组发电约束、蓄热式电锅炉的折旧约束、电池储能装置的折旧约束以及弃风惩罚约束:

1)火电机组能耗约束

其中:P1为调峰调度后火电机组的电出力;

2)火电机组调峰约束

其中:C2为火电机组调峰约束,C21为火电机组调峰调度损失的发电目标;C22为火电机组调峰调度前后所产生的能耗约束变化;F(P)为火电机组调峰能耗约束;F'(P)火电机组的边际能耗约束函数;P0为火电机组原发电出力;Pdec为火电机组下降的电出力;pG为火电机组上网的定量;

3)风电机组发电约束

其中:C3为风电机组发电约束; 为t时刻风电预测出力;kW为风电综合约束系数;IW为风电场的初始设备费用值;Dw为风电机组的年折现率;a为使用年限;MW为前一年所支出的运行维护费用值;WW为前一年的总发电量;

4)蓄热式电锅炉折旧约束

其中:C4为蓄热式电锅炉折旧约束;Dr为蓄热式电锅炉的年折现率;Cstor,CEB分别为蓄热装置和电锅炉的初始设备费用值; 分别为蓄热装置和电锅炉的最大功率;Tuse_r为调度周期内蓄热式电锅炉使用小时数;

5)电池储能装置折旧约束

其中:C5为电池储能装置折旧约束;Dc为电池储能装置的年折现率;CEC为电池储能装置的初始设备费用值; 为电池储能装置的最大功率;Tuse_c为调度周期内电池储能装置使用小时数;

6)弃风惩罚约束

其中:C6为弃风惩罚约束;λW为弃风惩罚系数; 为t时刻风电功率; 为t时刻风电预测功率;

综上,调度周期内的约束为:

步骤4‑2,确定运行要求

(1)功率平衡要求

电功率平衡要求:

其中, 分别为常规机组i和热电机组j在t时刻的电出力;NG,NR分别为常规机组和热电机组个数; 为t时刻风电功率; 为电池储能装置放电功率; 为t时刻的电网电负荷值; 为t时刻蓄热式电锅炉用电功率; 为电池储能装置用电功率;

热功率平衡要求

其中: 为热电机组j在t时刻的调度热出力; 为t时刻蓄热式电锅炉热输出;

为t时刻热负荷;

(2)机组相关要求

1)常规机组要求

机组出力上下限要求

机组爬坡要求

其中: 分别为常规机组i的最大、最小出力;Δri,d,Δri,u分别为常规机组i的上爬坡限制和下爬坡限制; 为常规机组i在t时刻的电出力;

2)热电机组要求

热电机组同时考虑电出力和热出力上下限的要求:电出力上下限要求

热出力上下限要求

电爬坡要求

热爬坡要求

其中: 为热电机组i在t时刻的电出力; 分别为热电机组i的最大、最小电出力; 为热电机组i在t时刻的调度热出力; 为热电机组i热出力的上限值;ΔrRi,u,‑ΔrRi,d分别为热电机组i的电出力上爬坡限制和下爬坡限制;ΔhRi,u,ΔhRi,d分别为热电机组i的热出力上爬坡限制和下爬坡限制;

3)风电机组要求

其中: 为第k台风电机组在t时刻出力; 为风电机组额定出力;

(3)蓄热式电锅炉运行要求

1)电锅炉要求

其中: 为t时刻蓄热式电锅炉用电功率; 为蓄热式电锅炉最大用电功率;

2)蓄热装置运行要求

其中: 为t时刻储热容量; 为t时刻蓄热式电锅炉启停状态, 为t时刻蓄热装置储热功率; 为t时刻蓄热装置放热功率; 为最大储热容量; 分别为蓄热装置的储热和放热功率最大值;

(4)电池储能装置运行要求

其中: 分别为电池储能装置充、放电功率; 分别为充电功率最大、最小值; 分别为放电功率最大、最小值; 为电池储能装置在t时刻的容量;

分别为电储能装置最大、最小容量;τ为电储能装置的自放电率,与电池内部材质特性有关;βEC为电池储能装置充电转换效率;χEC为电池储能装置放电转换效率;

步骤5,引入动态惯性权重和压缩因子改进粒子群算法得到改进粒子群算法;

在一个D维搜索空间内,由m个粒子组成种群X,其中第i个粒子表示为一个D维向量的Xi;

对于每一个粒子i,其都由3个D维向量组成,分别为目前位置Xi、历史最优位置Pbesti和速度Vi;在每次迭代过程中,粒子将通过个体极值和群体极值更新自身的速度和位置,即:xis(t+1)=xis(t)+vis(t+1)                           (42)其中: 为压缩因子;ω为惯性权重;t为当前迭代次数;i=1,2,…m,s=1,2,…S;c1和c2为加速因子,c1≥2,c2≥2;r1和r2为分布于[0,1]区间的随机数;下标s表示粒子的第s维,i表示粒子i,vis表示为粒子i第s维的速度,xis表示为粒子i第s维的当前位置,pis表示为粒子i第s维的历史最优位置,pgs表示为种群全体粒子第s维的历史最优位置,xgs表示为种群全体粒子第s维的当前位置;

在速度更新公式中添加了压缩因子,压缩因子为:在求解过程中,将ω定义为:

ω(s)=ωstart(ωstart‑ωend)*(S‑s)/s                           (44)其中:ωstart为初始惯性权重;ωend为迭代次数最大时的惯性权重;S为最大维数;

步骤6,获取热电机组、常规机组、风电机组的机组参数、蓄热式电锅炉、电池储能装置的参数,以及机组的预测出力、预调度出力的参数;

步骤7,判断t时刻风电预测功率大于等于t时刻风电预调度出力,即 如果成立,执行步骤8,否则,电池储能装置放电;

步骤8,启动蓄热式电锅炉,继续判断启动蓄热式电锅炉后是否还有弃风,是则电池储能装置充电,否则电池储能装置不启动;

步骤9,判断热电机组出力与蓄热式电锅炉出力是否满足热负荷平衡要求,即是则确定各时段热电机组出力,并执行步骤10,否则蓄热装置协调热电机组热出力供热,直到满足热负荷平衡要求为止;

步骤10,使用 根据热电机组热出力确定各时段相应的电出力值,进而使用 根据电池储能装置剩余电负荷值的大小安排火电机组与风电机组出力;

步骤11,判断热电机组、火电机组、风电机组和电池储能装置出力是否满足电平衡要求,即 若不满足,提高火电机组出力,直到满足电平衡要求为止;

步骤12,对步骤4获得的热电联合调度模型使用步骤5中的改进粒子群算法进行求解;

步骤13,输出热电联合调度模型的优化运行结果,优化运行结果包括消纳的弃风电量,蓄热式电锅炉的启动时间和供热输出值、电池储能装置的启动时间、释放的电出力值,常规机组的电出力值和能耗约束,热电机组的电出力值、热出力值和能耗约束。